第一章YL-335自动生产线实训设备

电气工程系《自动生产线》教研室1第一章YL-335自动生产线实训设备现代化的自动生产设备（自动生产线）的最大特点是它的综合性和系统性，在这里，机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是，生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。可编程序控制器（PLC）以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑——微处理单元的角色。因此，培养掌握机电一体化技术，掌握PLC技术及PLC网络技术的技术人材是当务之急。YL-335型自动生产线实训设备在铝合金导轨式实训台上安装送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和步进电机位置控制等技术。系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。因此YL-335综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。利用YL-335可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学习者得到一个非常接近于实际的教学设备环境，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。YL-335采用模块组合式的结构，各工作单元是相对独立的模块，并采用了标准结构和抽屉式模块放置架，具有较强的互换性。可根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合、安装和调试，达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标，十分适合教学实训考核或技能竞赛的需要。1.1YL-335A的基本组成YL-335A型自动生产线实训设备由安装在铝合金导轨式实训台上的送料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元5个单元组成。其外观如图1-1所示。电气工程系《自动生产线》教研室2图1-1外观图其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主，但输送单元的机械手装置整体运动则采取步进电机驱动、精密定位的位置控制，该驱动系统具有长行程、多定位点的特点，是一个典型的一维位置控制系统。分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相异步电动机的交流传动装置。位置控制和变频器技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技术。在YL-335A设备上应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体通过的状态、物体的颜色及材质等。传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一，是现代工业实现高度自动化的前提之一。在控制方面，YL-335A采用了基于RS485串行通信的PLC网络控制方案，即每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。用户可根据需要选择不同厂家的PLC及其所支持的RS485通信模式，组建成一个小型的PLC网络。小型PLC网络以其结构简单，价格低廉的特点在小型自动生产线仍然有着广泛的应用，在现代工业网络通信中仍占据相当的份额。另一方面，掌握基于RS485串行通信的PLC网络技术，将为进一步学习现场总线技术、工业以太网技术等打下了良好的基础。1.2YL-335A的基本功能YL-335A各工作单元在实训台上的分布如图1-2的俯视图所示。电气工程系《自动生产线》教研室3图1-2俯视图各个单元的基本功能如下：⑴供料站供料站主要由料仓及料槽、顶料气缸、推料气缸和物料台以及相应的传感器、电磁阀构成，如图1-3所示。图1-3本站工作过程如下：系统启动后，顶料气缸伸出顶住倒数第二个工件；推料气缸推出，电气工程系《自动生产线》教研室4把料槽中最底层的工件推到物料台上工件抓取位。工件到位传感器检测到工件到位后，推出气缸和顶料气缸逐个缩回，倒数第二层工件落到最底层，等待推出。搬运站机械手伸出并抓取该工件，并将其运送往加工站。⑵加工站加工站主要由物料台、夹紧机械手、物料台伸出/缩回气缸、加工（冲压）气缸以及相应的传感器、电磁阀构成，如图1-4所示。图1-4本站的功能是完成一个对工件的冲压加工过程，流程如下：搬运站机械手把工件运送到物料台上→物料检测传感器检测到工件→机械手指夹紧工件→物料台回到加工区域冲压气缸的下方→冲压气缸向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→冲压气缸缩回到位→物料台重新伸出→到位后机械手指松开→搬运站机械手伸出并夹紧工件，将其运送往装配站。⑶装配站装配站主要有供料单元、旋转送料单元、机械手装配单元、放料台以及相应的传感器、电磁阀构成，如图1-5所示。电气工程系《自动生产线》教研室5图1-5本站功能是完成上盖工序，即把黑色或白色两种小圆柱工件嵌入到大工件中的装配过程。当搬运站的机械手把工件运送到装配站物料台上时，顶料气缸伸出顶住供料单元倒数第二个工件；挡料气缸缩回，使料槽中最底层的小圆柱工件落到旋转供料台上，然后旋转供料单元顺时针旋转180度（右旋），到位后装配机械手按下降气动手爪→抓取小圆柱→手爪提升→手臂伸出→手爪下降→手爪松开的动作顺序，把小园柱工件顺利装入大工件中，机械手装配单元复位的同时，旋转送料单元逆时针旋转180度（左旋）回到原位，搬运站机械手伸出并抓取该工件，并将其运送往物料分解站。⑷分拣站分拣站主要有传送带、变频器、三相电机、推料气缸、电磁阀和定位光电传感器及区分黑白两种颜色的光纤传感器构成。如图1-6所示。电气工程系《自动生产线》教研室6图1-6本站的功能是完成从装配站送来的装配好的工件进行分拣。当搬运站送来工件放到传送带上并为入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，工件开始送入分拣区，如果进入分拣区工件为白色，则由检测白色物料的光纤传感器动作，作为1号槽推料气缸启动信号，将白色料推到1号槽里，如果进入分拣区工件为黑色，由检测黑色的光纤传感器作为2号槽推料气缸启动信号，将黑色料推到2号槽里。自动生产线的加工结束。⑸搬运站搬运站主要有步进电机、步进驱动器、线性导轨、四自由度搬运机械手、电磁阀和原点定位开关构成。如图1-7所示。电气工程系《自动生产线》教研室73S57Q-04056Kinco图1-7本站的功能是完成向各个工作单元输送工件，系统分为四自由度抓取机械手单元和直线位移位置精确控制单元两部分，系统上电后，先执行回原点操作，当到达原点位置后，若系统启动，供料站物料台检测传感器检测到有工件时，机械手整体先提升到位后手爪伸出到位后手爪夹紧，手爪夹紧到位手爪开始缩会机械手整体下将到位后，步进电机开始工作按设定好的脉冲量到加工站。加工站到位后机械手整体提升，提升到位后手爪伸出伸出到位后机械手整体下降，下降到位后工件已放入加工站物料台上，然后手爪松开，松开到位后机械手回缩，等加工站加工完成后再将工件送到装配站和分拣站完成整个自动生产线加工过程。1.3YL-335的特点和实训项目YL-335设备是一套半开放式的设备，用户在一定程度上可根据自己的需要选择设备组成单元的数量、类型，最多可由5个单元组成，最少时一个单元即可自成一个独立的控制系统。由多个单元组成的系统，PLC网络的控制方案可以体现出自动生产线的控制特点。设备中的各工作单元均安放在实训台上，便于各个机械机构及气动部件的拆卸和安装，控制线路的布线、气动电磁阀及气管安装。其中，输送单元采用了最为灵活的拆装式模块结构：组成该单元的按钮/指示灯模块、电源模块、PLC模块、步进电机驱动器模块等均放置在抽屉式模块放置架上；模块之间、模块与实训台上接线端子排之间的连接方式采用安全导电气工程系《自动生产线》教研室8线连接，最大限度地满足了综合性实训的要求。总的来说，YL-335综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。利用该系统，可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学习者得到一个非常接近于实际的教学设备环境，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。利用YL-335可以完成以下实训任务：1.自动检测技术使用实训2.气动技术应用实训3.可编程控制器编程实训4.PLC网络组建实训5.电气控制电路实训6.变频器应用实训7.步进电机驱动和位置控制实训8.自动控制技术教学与实训9.机械系统安装和调试实训10.系统维护与故障检测实训1.4YL-335的技术参数1、交流电源：三相五线制，AC380V/220V±10%50Hz；2、温度：-10℃~40℃；环境湿度：≤90%（25℃）；3、实训桌外形尺寸：长×宽×高=1920mm×960mm×840mm；4、整机消耗：≤1.5kVA；5、气源工作压力：最小0.6Mbar，最大1Mbar。6、安全保护措施：具有接地保护、漏电保护功能，安全性符合相关的国家标准。采用高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线。